Transcript Document 7443381

INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
II KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
ZB 9 Metaliczne materiały
kompozytowe w aplikacjach
lotniczych (w tym materiały typu
GLARE)
Liderzy merytoryczni:
dr hab. Barbara Surowska
dr hab. inż. Romana Śliwa
Instytucje partnerskie:
Politechnika Lubelska, Politechnika Rzeszowska,
Politechnika Śląska, Instytut Lotnictwa, Instytut Techniczny
Wojsk Lotniczych
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
1.Główne wnioski z wykonanych
zadań badawczych
ZB 9.1. Analiza zastosowania kompozytów w
wybranych rozwiązaniach konstrukcji lotniczych
a)Laminaty kompozytowo-metalowe na poszycia:
• Wszystkie gatunki GLARE opierają się na prepregach o
jednokierunkowo rozmieszczonych włóknach szklanych
typu S w polimerowej osnowie Cytec FM 94.
• Nowe badane laminaty to CARAL (CArbon Reinforced
Aluminum Laminates) oraz kombinacja tytanu i
kompozytu włókno grafitowe/polimer (TiGr).
• Wytwarzanie - technologia prepreg – autoklaw
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
ZB 9.1. Analiza zastosowania
kompozytów
b) Kompozyty metal-cząstki ceramiczne na
elementy silników:
• Kompozyty na osnowie aluminium zbrojone nanorurkami
węglowymi.
• Wytwarzanie z zastosowaniem elementów metalurgii
proszków, spiekania plazmowego i technologii
wyciskania.
• Kompozyty otrzymywane metodami in-situ np. Ti-6Al4V/TiB (zbrojenie wiskersami TiB) – wytwarzane metodą
metalurgii proszków lub odlewania
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
ZB 9.1. Analiza zastosowania
kompozytów
c) Stopowe i kompozytowe odlewy szkieletowe
• Odlewy szkieletowe z pod- i około- eutektycznych
stopów Al-Si powinny mieć znaczenie badawcze i
technicznie użyteczne.
• Istnieje potencjalna szansa zastępowania elementów
nośnych odlewami szkieletowymi
d) Kompozyty ceramika porowata-metal
• Tłumiki dźwięków w silnikach lotniczych
• Pianki ceramiczne jako bariery cieplne w lotnictwie
• Bariery przeciwuderzeniowe do statków kosmicznych i
satelitów
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
ZB 9.1. Analiza zastosowania
kompozytów
e) Stałotlenkowe ogniwa paliwowe na podłożu
anodowym
– Ogniwa typu SOFC i PEMFC stosowane jako
pomocnicze źródła zasilania (APU) w dużych
samolotach pasażerskich i transportowych oraz
główne źródła zasilania w małych samolotach
załogowych i w samolotach bezzałogowych.
– Poprawy wymagają właściwości elektryczne przegród
w ogniwach.
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
ZB 9.2. Projektowanie i
modelowanie materiałów złożonych
• Laminaty włókniste
– analiza numeryczna struktury kompozytowej w
warunkach złożonego stanu obciążenia – ocena
stopnia wytężenia laminatu: kryterium maksymalnych
naprężeń, Tsai-Hill'a, Tsai-Wu, Azzi-Tsai-Hill'a
– opracowanie modelu dyskretnego fragmentu łopaty
śmigłowca (analiza wytrzymałościowa
kompozytowych elementów struktury)
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
ZB 9.2. Projektowanie i
modelowanie materiałów złożonych
• Odlewy szkieletowe
– Analiza termoizolacyjnych materiałów formierskich
do technologii wytwarzania rdzeni:
 wykonanie analiz symulacyjnych zapełniania wnęki formy i
krzepnięcia odlewów szkieletowych
– Analiza technologicznych własności stopów
przeznaczonych do wytwarzania stopowych i
kompozytowych odlewów szkieletowych:
 analizy symulacyjne, celem sprawdzenia możliwości wypełniania
wnęki formy stopem odlewniczym oraz ocena szybkości
odprowadzania ciepła z krystalizującego odlewu.
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
ZB 9.3. Wytwarzanie materiałów
kompozytowych
• Laminaty włókniste
– Wytworzono w warunkach przemysłowych kompozyty
o określonych konfiguracjach warstw:
• kompozyty o osnowie żywicy epoksydowej
wzmacniane włóknem szklanym,
• kompozyty o osnowie żywicy epoksydowej
wzmacniane włóknem węglowym,
• kompozyty o osnowie żywicy epoksydowej
wzmacniane włóknem kevlarowym,
• kompozyty hybrydowe: żywica
epoksydowa/włókna węglowe i szklane
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
ZB 9.3. Wytwarzanie materiałów
kompozytowych
• Odlewy szkieletowe
– opracowano 4 alternatywne techniki wytwarzania
rdzeni w tym technikę wytwarzania szkieletu o
dowolnej geometrycznej budowie szkieletu
– wyznaczono technologiczne parametry odlewania
zapewniające zminimalizowanie różnic własności
strukturalnych w objętości odlewów w oparciu o
autorską metodę ADTG (termiczną analizę
derywacyjno-gradientową)
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
ZB 9.3. Wytwarzanie materiałów
kompozytowych
• Kompozyty umacniane cząstkami
– Określenie warunków technologicznych
wprowadzania cząstek ceramicznych do osnowy
metalowej:
 opracowanie procedury doboru komponentów, pozwalających na
wyznaczanie parametrów kinetyki krystalizacji i mikrostruktury
odlewu kompozytowego głównie w lokalnym bezpośrednim
otoczeniu wzmocnienia oraz w uśrednionej objętości odlewu
kompozytowego.
 przygotowanie stopu osnowy i cząstek zbrojących (rafinacja i
modyfikacja stopu osnowy (przedmuch gazem, wprowadzanie
dodatków modyfikujących)
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
ZB 9.3. Wytwarzanie materiałów
kompozytowych
• Kompozyty umacniane cząstkami
 określenie warunków wprowadzenia cząstek zbrojących metodą
mechanicznego mieszania (temperatura procesu, prędkość
wirowania, rodzaj atmosfery ochronnej,
 określenie warunków homogenizacji i odgazowania zawiesiny
(temperatura procesu, prędkość wirowania, ciśnienie atmosfery
ochronnej, czas homogenizacji)
 wytworzenie kompozytów na bazie stop Al-Si-Mg, zawierających
cząstki homo i heterofazowym technologią odlewniczą cząstki SiC,
cząstki węgla szklistego oraz mieszanina cząstek SiC i węgla
szklistego
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
ZB 9.3. Wytwarzanie materiałów
kompozytowych
• Kompozyty ceramika porowata-metal
– Preformy ceramiczne (Al2O3) do infiltracji
roztopionymi metalami wytworzono nową
metodą otrzymywania wysokoporowatej
ceramiki, którą jest żelowanie spienionej
zawiesiny.
– Kompozyty AlCu5- Al2O3 wytworzono metodą
infiltracji ciśnieniowej.
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
ZB 9.4 i 9.5. Badania struktury i
właściwości materiałów
• Laminaty włókniste
– Wykonano obserwacje struktur laminatów
– Badania właściwości mechanicznych zgodnie
z normami przedmiotowymi ASTM, ISO i
przewodnikami stosowanymi w lotnictwie:
•
•
•
•
wytrzymałość na rozciąganie [0], [90]
wytrzymałość na ściskanie [0], [90]
wytrzymałość na zginanie
wytrzymałość na ścinanie (międzywarstwowe, w
płaszczyźnie warstwy)
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
ZB 9.4 i 9.5. Badania struktury i
właściwości materiałów
• Odlewy szkieletowe
– Analiza termoizolacyjnych materiałów formierskich
do technologii wytwarzania rdzeni:
 wyznaczenie wymaganych parametrów cieplnych formy i rdzeni
do odlewnia struktur szkieletowych
– Analiza technologicznych własności stopów
przeznaczonych do wytwarzania stopowych i
kompozytowych odlewów szkieletowych:
 dokonano syntezy uzyskanych wyników w zakresie
kształtowania mikrostruktury odlewów szkieletowych na bazie
stopów Al-Si
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
ZB 9.4 i 9.5. Badania struktury i
właściwości materiałów
• Kompozyty umacniane cząstkami
– Ocena właściwości odlewniczych, mechanicznych i
strukturalnych kompozytów zawierających cząstki
ceramiczne.
 określenie warunków krystalizacji kompozytów zawierających
cząstki ceramiczne lub mieszaniny cząstek
 określenie charakterystyk odlewniczych kompozytów (lejność,
skurcz)
 ocena wpływu technologii odlewania grawitacyjnego na strukturę
kompozytu o zbrojeniu homo- i heterofazowym
 ocena możliwości wykorzystania zbrojenia heterofazowego w
kompozytach
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
ZB 9.4 i 9.5. Badania struktury i
właściwości materiałów
• Kompozyty ceramika porowata-metal
– Preformy ceramiczne o budowie piany o porowatości
w zakresie 60-90% charakteryzowano pod względem
wytrzymałości mechanicznej i przepuszczalności fazy
ciekłej.
– Kompozyty charakteryzują się pełnym wypełnieniem
sferycznych makroporów preformy ceramicznej przez
metal i dobrym przyleganiem na granicy faz
ceramika/metal.
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
2. Propozycje rozwiązań
technologicznych do dyskusji
• Zadania badawcze (a - PL):
–
–
–
–
Opanowanie technologii FML typu GLARE
Projektowanie FML i struktur typu sandwich
Badania FML z warstwami tytanowymi
Wykonanie i badania inteligentnych kompozytów w
tym FML
• Zadanie badawcze (b - PŚ):
– Wykorzystanie kompozytów zbrojonych hetero i
homofazowo w węzłach tarcia lub elementach
ślizgowych
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
2. Propozycje rozwiązań
technologicznych do dyskusji
• Zadanie badawcze (c - PŚ):
– Możliwość wykorzystania konstrukcji szkieletowych
jako elementów konstrukcyjnych o podwyższonej
sztywności
• Zadanie badawcze (d - PRz):
– Opracowanie technologii wytwarzania korundowych
kształtek o budowie piany jako preform do infiltracji
metalem.
• Zadanie badawcze (e - PRz):
– Zaadoptowanie technologii wytwarzania przegród do
produkcji na skalę masową.
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
3. Wnioski z wizyt studyjnych w
przedsiębiorstwach DL
• W WSK-PZL Świdnik S.A. – poszerzono i
zacieśniono współpracę w obszarze modelowania MES i
technologii kompozytów
• PZL Mielec - wstępne ustalenia zakresu badań
materiałowych przydatnych wytwórcy
• Instytut Energetyki Oddział Ceramiki "Cerel”
Boguchwała – konieczna jest poprawa właściwości
elektrycznych przegród oraz zaadoptowaniu technologii
ich wytwarzania do produkcji na skalę masową.
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
4. Wskaźniki realizacji celów
projektu
• Prace inż. i mgr:
– zrealizowane: 11
– w realizacji: 7
•
•
•
•
Prace doktorskie: 1
Publikacje: 11 + 4 w druku
Referaty konferencyjne: 17
Zgłoszenia patentowe: 1
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
5. Stan realizacji zakupów
• Wyposażenie laboratoryjne:
– Zakupione:
• Wysokowydajna stacja obliczeniowa
• Zestaw do badań korozyjnych
– Podpisane umowy na dostawę:
•
•
•
•
•
Autoklaw z wyposażeniem
Mikrotomograf komputerowy
Defektoskop ultradźwiękowy z wyposażeniem
Komora środowiskowa
Mikroskop metalograficzny z wyposażeniem
• Honoraria, delegacje, konferencje: zgodnie z kalkulacją
• Materiały, usługi: w realizacji
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
6. Podsumowanie efektów
realizacji za 2009r.
• Zrealizowano merytorycznie podzadanie 1
(analiza stanu wiedzy)
• Kolejne podzadania są realizowane planowo –
technologiczne i badawcze
• Ze względu na opóźnienie zakupu autoklawu
kompozyty wytwarzane są w PZL Świdnik
• Wydłużenie okresu realizacji nie powoduje
konieczności istotnej weryfikacji planu badań –
przedłużeniu ulegną podzadania 6 i 7 z
korzyścią dla segmentu
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
7. Perspektywy działań na 2010r
• Realizacja badań zgodnie z harmonogramem
• Instalacja i uruchomienie autoklawu w I półroczu
2010 r.
• Dokonanie płatności faktur za aparaturę (2
pozycje) – styczeń 2010 r.
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO